IGBT（绝缘栅双极型晶体管）近年来广泛应用于各种电力变换装置。IGBT的门极驱动电路对其通态压降、开关时间、开关损耗以及承受短路电流能力等起关键作用，决定了
IGBT的静态和动态特性。
驱动电路是电力电子装置中的重要组成部分，其输入与控制电路的PWM信号输出端相连，输出连接至装置中各个IGBT的门极和发射极。驱动电路的主要功能是传输和电平转换控制电路产生的数字PWM信号，并进行功率放大，从而实现对IGBT开通和关断动作的控制，实现装置的功率变换功能。
由于IGBT是一种电压控制型器件，需要提供适当的正反向电压才能可靠地开通和关断。在考虑IGBT的开关时间时，需要综合考虑快速开通和关断的优势，因为这有助于提高工作频率并减小开关损耗，但过快的开关速度会导致很高的尖峰电压。
一旦IGBT开通，驱动电路必须提供足够的电压和电流幅值，以确保在正常工作和过载情况下，IGBT不会退饱和而损失功率。驱动电路中的门极电阻对工作性能有很大影响。
此外，我们之前在介绍MOS和IGBT时提到了米勒电容和米勒效应的概念。在分析IGBT的导通过程时，我们简要提到了米勒平台。接下来，我们将详细讨论米勒效应。
米勒电容：
在之前讲解MOS和IGBT的输入电容、输出电容和米勒电容的概念时，我们已经看到了上图，下面是相应的公式：
输入电容Ciss = CGE + CGC
输出电容Coss = CGC + CEC
米勒电容Crss = CGC
其中，栅极和射极之间的寄生电容就是我们今天要讨论的焦点。
接下来，我们将以MOS中的米勒效应为例进行详细说明：
米勒效应在MOS驱动中非常重要，它是由于MOS管的米勒电容引起的。在MOS管开通过程中，当栅源电压（GS电压）升高到某一电压值后，GS间电压会经历一个保持不变的阶段，然后再继续上升直至完全导通。如下图所示，最粗的曲线表示了这个过程：
MOSFET的栅极驱动过程
可以简单地理解MOSFET的栅极驱动过程为驱动源对MOSFET的输入电容（主要是栅源极电容Cgs）的充放电过程。当Cgs达到门槛电压后，MOSFET进入开通状态。当MOSFET开通后，漏源电压Vds开始下降，漏极电流Id开始上升，此时MOSFET进入饱和区。然而，由于米勒效应的影响，栅源电压Vgs会持续一段时间不再上升，尽管此时Id已经达到最大值，而Vds仍在继续下降。直到米勒电容充满电，Vgs又上升到驱动电压的值，此时MOSFET进入电阻区，Vds彻底降低，开通过程结束。
由于米勒电容阻止了Vgs的上升，这也就阻止了Vds的下降，从而使得开通过程中的损耗时间延长，增加了损耗。
这个平台期间：
在MOSFET的工作过程中，存在着几个关键点：
前一个拐点前：MOS截止期，在此阶段Cgs开始充电，Vgs逐渐接近阈值电压Vth。
前一个拐点处：MOS正式进入放大期。
后一个拐点处：MOS正式退出放大期，开始进入饱和期。
MOSFET中的米勒平台实际上是指MOSFET处于放大区的典型标志。
下面是对计算分析的说明：
当施加电压到MOSFET时，会产生输入电流Igate=I1+I2，如下图所示。
MOSFET电流计算
通过利用右侧电压节点上的公式I=C×dV/dt（其中C为电容，dV/dt为电压的变化率），我们可以得到以下结果：
I1=Cgd×d(Vgs-Vds)/dt=Cgd×(dVgs/dt-dVds/dt) ①
I2=Cgs×d(Vgs/dt) ②
如果在MOSFET上施加栅-源电压Vgs，则漏-源电压Vds将下降（即使是非线性下降）。因此，我们可以定义连接这两个电压的负增益为：
δAv=- Vds/Vgs ③
将式③代入式②中，我们可以得到：I1=Cgd×(1+Av)dVgs/dt
在转换（导通或关断）过程中，栅-源极的总等效电容Ceq为：
Igate=I1+I2=(Cgd×(1+Av)+Cgs)×dVgs/dt=Ceq×dVgs/dt ④
式中的(1+Av)部分称为米勒效应，描述了电子器件中输出和输入之间的电容反馈。当栅-源电压接近于零时，会产生米勒效应。同样地，在IGBT的开通过程中也会遇到米勒平台。
IGBT中米勒效应的影响和处理方法
在单电源门极驱动过程中，米勒效应对IGBT的影响非常显著。由于门极G与集电极C之间的耦合作用，在IGBT关断期间会产生一个很高的瞬态dv/dt，导致门极电压VGE升高而导通，存在潜在的风险。
如上图所示，当上管IGBT（S1）处于导通状态时，位于半桥拓扑结构中的S1会产生一个变化的电压dV/dt，这个电压传递给下管IGBT（S2）。电流通过S2的寄生米勒电容CCG、栅极电阻RG和内部驱动栅极电阻RDRIVER。这导致门极电阻两端产生电压差，如果这个电压超过了IGBT的门极驱动门限阈值，将导致寄生导通现象。
同样地，在下管IGBT（S2）导通时，寄生米勒电容引起的导通问题也会发生在上管IGBT（S1）上。
尽管米勒效应无法完全避免，但可以采取适当的方法来减轻其影响。一般有以下四种方法：
选择合适的门极驱动电阻RG：通过使用独立的开通和关断电阻，门极导通电阻RGON会影响IGBT导通期间的门极充电电压和电流。增大这个电阻可以减小门极充电的电压和电流，但会增加开通损耗。有效抑制由寄生米勒电容引起的导通现象可以通过减小关断电阻RGOFF来实现。较小的RGOFF也能减少IGBT的关断损耗，但在关断期间可能会受到高过压尖峰和门极震荡的影响，因为存在杂散电感。
在门极G和射极E之间增加电容：增加门极和射极之间的电容有助于降低米勒效应引起的门极电压升高。这种方法可以通过外部连接一个适当大小的电容来实现。
采用负压驱动：负压驱动方法可通过施加负电压在门极和射极之间来减小米勒效应引起的门极电压升高。这样可以有效降低门极与集电极之间的耦合。
门极有源钳位：门极有源钳位技术是通过在驱动电路中引入一个额外的元件来实现的，以限制门极电压的上升。这种方法可以在MOSFET栅极和IGBT的门极之间引入一个二极管或其他主动元件。
以上是对上述四种方法的简要介绍，它们都可以用于减轻IGBT中的米勒效应带来的影响。
在门极G和射极E之间增加电容
通过在IGBT的门极G和射极E之间增加电容CGE，可以影响到IGBT开关的性能。CGE承担了米勒效应产生的门极充电电流。由于IGBT的总输入电容为CCG||CGE，因此需要产生更多的电荷才能使门极充电达到门极驱动电压阈值（如上图所示）。然而，增加电容CGE会导致驱动电源功耗增加，并且在相同的门极驱动电阻下，IGBT的开关损耗也会相应增加。
采用负压驱动
采用负电压来提高门极驱动电压是一种常见的方法，特别适用于要求可靠关断的大电流应用中的IGBT模块。增加负电源供电会增加设计复杂度，并且可能增加设计尺寸。
门极有源钳位
另一种方法是引入门极和发射极之间的短路，以避免对RG的优化、CGE的损耗和效率、以及负电源供电成本增加等问题。这种方法可以避免IGBT意外打开。具体操作方法是在门极和射极之间增加一个三极管，当VGE电压达到某个值时，门极与射极的短路开关（三极管）将被触发。这样，流经米勒电容的电流将被增加的三极管截断，而不会流向输出端口VOUT。这种技术被称为有源米勒钳位技术。
现在，通常会结合使用以上四种方法，以实现最高性价比地减轻米勒效应的影响。尽管在功率半导体中理想情况下不应该存在米勒效应，但在某些应用中，米勒效应也可以发挥其优势，例如制作频率补偿电容或可控电容等。
结论
米勒电容引起的寄生导通效应对IGBT开关的影响以及驱动板与控制板连接线缆的长度对IGBT性能的影响进行了研究。以下是主要结论：
门极电阻的设置直接影响IGBT的开关性能。在实际应用中，需要综合考虑实际需求，选择合适的门极电阻值，以保证IGBT在最优化的开通和关断状态下工作。
米勒电容在米勒效应中扮演重要角色，对IGBT的开关性能有显著影响。因此，在设计中需要注意减小或抑制米勒电容引起的不良效应。
驱动板与控制板之间的连接线缆长度对IGBT性能具有影响。过长的连接线缆可能导致信号衰减、干扰以及响应时间延迟等问题，因此需要合理控制连接线缆的长度。
通过以上研究和总结，可以更好地理解和处理米勒电容引起的寄生导通效应以及连接线缆长度对IGBT性能的影响，从而在实际应用中提升IGBT的开关性能和稳定性。
关键词：IGBT
